JPH10150099A - 静電チャックの離脱方法 - Google Patents

静電チャックの離脱方法

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JPH10150099A
JPH10150099A JP32455896A JP32455896A JPH10150099A JP H10150099 A JPH10150099 A JP H10150099A JP 32455896 A JP32455896 A JP 32455896A JP 32455896 A JP32455896 A JP 32455896A JP H10150099 A JPH10150099 A JP H10150099A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハなどの被処理体を静電チャック
から離脱させるときに、残留吸着により被処理体に無理
な力が加わって破損することを未然に防止すること。 【解決手段】 静電チャック3の吸着用電圧の印加を解
除した後、リフトピン5により微小突出量だけウエハW
を突き上げる。ウエハWはプロセス終了直後は静電チャ
ック3よりも数十度温度が高いので、ウエハWが離脱す
れば静電チャック3の表面部の温度は本来の静電チャッ
ク3の温度まで降下し、ウエハWが離脱しなければ温度
は降下しない。そこで静電チャック3に組み込んだウエ
ハWの温度センサを用いてウエハWの微小量突き上げの
後の温度データに基づいてウエハWが離脱しているか残
留吸着しているかを判断し、残留吸着していれば受け渡
しを中止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハ等の被処理体を吸着保持するための静電チャックにお
いて、被処理体を静電チャックから離脱する方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体ウエハに対して成膜処理やエッチ
ングなどの処理を行う場合、載置台からウエハへの熱伝
達を確実に行うためなどの理由から、ウエハを載置台へ
押し付けた状態で保持させることが必要である。ところ
でウエハを真空中で処理する場合には真空チャックを使
用できないのでリング体などによって機械的に押し付け
る手段や静電気力でウエハを載置台上へ吸着保持する静
電チャック型の載置台構造が採用されているが、構造が
簡易なことから静電チャックが広く採用されている。
【0003】静電チャック型の載置台は、図9に示すよ
うに、例えばアルミニウムからなる載置台本体11の上
面に、静電チャック12を設けて構成されている。静電
チャック12は、誘電体13の中に例えばタングステン
箔からなる一対の電極14を設けて構成され、電極14
はリード線15及びスイッチ16を介して直流電源17
に接続されている。ところで静電チャック12に用いら
れる誘電体13としては、従来からポリイミドシートな
どが用いられていたが、ECR(electron c
yclotron resonance)プラズマ処理
ではプラズマによる損傷が大きいため、本発明者等は、
Al2 3 やAlNなどのセラミックスを用いることを
検討している。
【0004】例えばECRプラズマ処理装置では、真空
チャンバ内に搬入されたウエハは静電チャック12上に
載置され、スイッチ16をオンにして電極14、14間
に直流電圧を印加することにより電気力線を形成し、こ
れによってウエハWと静電チャック12との間に静電引
力が発生し、静電チャック12上にウエハWが吸着保持
される。そしてプラズマ処理後にウエハWを離脱させる
ときにはスイッチ16をオフにして直流電圧の印加を解
除するのであるが、残留電荷が大きいため例えばプラズ
マをウエハWに照射して除電し、その後リフトピン18
を静電チャック12の上面から突出させてウエハWを浮
上させ、図示しない搬送アームによりウエハを搬出する
ようにしていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで誘電体13と
してAl2 3 やAlNなどのセラミックスを用いた場
合、熱酸化処理を経たウエハについては残留吸着力が相
当大きいということが分かった。これは、ウエハが加熱
炉内で熱酸化処理されるときにウエハの裏面にも熱酸化
膜が形成され、この熱酸化膜は絶縁性が高い上、前記セ
ラミックスも誘電率が相当大きい(絶縁性が高い)こと
に起因していると推察される。
【0006】しかしながらこのように残留吸着力が大き
いと、リフトピン18を突き上げたときにウエハWに弾
性破壊限界を越えた力が加わりウエハWが割れてしまう
おそれがあった。ウエハWが割れると真空チャンバ内に
破片が飛散するので片付けなければならず、その場合真
空チャンバを分解して掃除を行った後所定の真空雰囲気
にしなければならない。真空チャンバの分解、組立作業
は手間がかかる上、飛び散った微細片を拾い集める作業
も非常に面倒であり、しかも真空排気には長い時間を要
することから、実際のプロセス中はもとより、メンテナ
ンス時においても作業者に大きな負担がかかり、時間的
ロスも大きいという課題があった。
【0007】本発明は、このような事情の下になされた
ものであり、その目的は、ウエハなどの被処理体を静電
チャックから離脱させて搬送工程に移る前に被処理体に
対する残留吸着の強弱を把握して被処理体の破損事故を
防止することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、静電
チャック上に被処理体を静電吸着する工程と、次いで前
記静電チャックの吸着用電圧の印加を解除する工程と、
その後被処理体が静電チャックに残留吸着しているとし
ても被処理体が破壊されない程度の力を被処理体に対し
て静電チャックから離れる方向に加え、このときの被処
理体の載置状態に基づいて被処理体が静電チャックに残
留吸着しているか離脱しているかを判断する判断工程
と、この判断工程で被処理体が離脱していると判断され
た後、被処理体を静電チャックから受け渡し手段に受け
渡す工程と、を含むことを特徴とする。
【0009】受け渡し手段は、ア−ムや被処理体の周縁
をクランプする機構などが相当する。また静電チャック
が垂直あるいは下向きに設けられている場合にも本発明
を適用することができる。被処理体が静電チャックに残
留吸着しているとしても被処理体が破壊されない程度の
力を被処理体に対して静電チャックから離れる方向に加
えるとは、受け渡し手段が行ってもよいし、別の手段で
行ってもよい。
【0010】請求項2の発明は、静電チャック上に被処
理体を静電吸着する工程と、次いで前記静電チャックの
吸着用電圧の印加を解除する工程と、その後被処理体が
静電チャックに残留吸着しているとしても被処理体が破
壊されない程度の微小突出量だけ突き上げ部材を被処理
体の下面に対して相対的に突き上げる工程と、微小突出
量だけ突き上げられた被処理体の載置状態に基づいて被
処理体が静電チャックに残留吸着しているか離脱してい
るかを判断する判断工程と、この判断工程で被処理体が
離脱していると判断された後、被処理体を突き上げ部材
により受け渡し位置まで相対的に突き上げて受け渡し手
段に受け渡す工程と、を含むことを特徴とする。
【0011】被処理体の載置状態に基づいて被処理体が
静電チャックに残留吸着しているか離脱しているかを判
断するとは、例えば請求項3記載のように、静電チャッ
クの表面部温度を検出し、被処理体が残留吸着している
ときの温度デ−タと離脱しているときの温度デ−タとを
予め求めておいて、これら温度デ−タと静電チャックの
表面部の温度検出結果とに基づいて被処理体が静電チャ
ックから離脱したか否かを判断することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明の静電チャックの離
脱方法を実施するためのウエハ載置台を示す図である。
載置台2は例えばアルミニウム製の載置台本体21の上
に静電チャック3を設けて構成され、真空チャンバの底
壁Tを貫通する円柱状の支持部材4の上部に設けられて
いる。この支持部材4は、後述するが真空チャンバに対
して気密性を保持しつつモータ41により昇降できるよ
うに構成されている。
【0013】静電チャック3は例えば厚さ15mmの円
形状の誘電体31の中に例えばタングステン箔よりなる
一対の電極32、33を埋設して構成される。誘電体3
1としては窒化アルミニウム(AlN)やアルミナ(A
2 3 )などを用いることができる。この電極32、
33は例えば平面形状が半円状であって夫々誘電体31
の左右半分の領域に配置されるようにしてもよいし、あ
るいは平面形状が誘電体31の中心に対して円心円状の
リング状に形成するなど種々のパターンをとることがで
きる。また電極32、33は載置台2及び支持部材4に
上下方向に貫通された貫通孔34内に通された給電線3
5、36の一端側に電気的に接続され、この給電線3
5、36の他端側の間には、真空チャンバの下方側にお
いてスイッチ37を介して直流電源38が接続されてい
る。
【0014】前記載置台2には、例えば3本のリフトピ
ン5が昇降自在に設けられている。これらリフトピン5
は、図2に示すように支持部材4を囲むように馬蹄形に
作られたリフト台51の上に、例えば二等辺三角形の各
頂点となる平面位置に植設されている。リフト台51は
エアシリンダ52によって、載置台2とは独立して昇降
できる構成となっている。前記支持部材4の昇降用のモ
ータ41及びリフトピン5の昇降用のエアシリンダ52
は、制御部40からの制御信号によって制御される。ま
た載置台本体21の中には冷媒流路22が形成されてお
り、外部の冷媒循環供給源から冷媒が循環供給され、図
示しない載置台2内のヒータと共に温度調整手段を構成
している。
【0015】前記載置台2には、被処理体であるウエハ
Wの温度を検出して載置台2の温度コントロールを行う
ための温度検出部6が設けられている。この温度検出部
6は、載置台2及び支持部材4を上下に貫通する貫通孔
に光ファイバ61を通して、その先端部の位置を載置台
2の載置面とほぼ同レベルとし、当該先端部に温度に応
じて発光強度の減衰カーブが変わる蛍光物質を塗布する
と共に基端部に光信号処理部62を設けて構成される。
温度検出の原理については、光信号処理部62から光フ
ァイバ61を通じて蛍光物質に光を当て、例えばその発
光強度の半減期に基づいてウエハWの温度を検出する。
【0016】本例における静電チャックの離脱方法で
は、この温度検出を利用してウエハWが静電チャック3
から離脱しているか否かを判断するようにしている。即
ちウエハWが静電チャック3から離脱しているときの温
度データと離脱していないときの温度データとを取得し
て、例えばその判断基準データをメモリ63内に格納
し、この判断基準データと温度検出部6の一部である光
信号処理部62からの温度データとに基づいて判断部6
4で離脱の判断をするようにしている。
【0017】ここで前記載置台2を用いた真空処理装置
例えばECRプラズマ装置の全体構成について図3を参
照しながら簡単に説明する。このECRプラズマ装置
は、真空チャンバ7の上部側のプラズマ室71内に、高
周波電源部E1よりの例えば2.45GHZマイクロ波
Mを導波管72から透過窓73を介して導くと共に、プ
ラズマガス用ノズル74からプラズマ室71内にArガ
スやO2 ガス等のプラズマガスを供給し、更にプラズマ
室71の外側に設けた電磁コイル75により磁界Bを印
加して電子サイクトロン共鳴を発生させるように構成さ
れている。また真空チャンバ7の下部側の反応室76に
おいては、反応性ガスノズル77が突入されると共に、
底部に既述の載置台2が設けられている。
【0018】前記載置台2の支持部材4の下部にはフラ
ンジ部42が設けられ、このフランジ部42と真空チャ
ンバ7の底壁Tとの間には、気密性を保持するためにベ
ローズ体43が支持部材4を囲むように設けられてい
る。一方真空チャンバ7の下方側には固定基台44が配
置され、この固定基台44と前記底壁Tとの間にはモー
タ41によって回動するネジ軸45が設けられている。
このネジ軸45は前記フランジ部42と螺合しており、
このネジ軸45が回動することにより支持部材4が昇降
することになる。46は前記フランジ部42をガイドす
るガイド棒である。
【0019】また前記リフト台51は、真空チャンバ7
の下方側から貫通し、ベローズ体53により気密性を保
持された昇降体54の上に固定され、この昇降体54は
エアシリンダ52により駆動される。
【0020】次に上述のECRプラズマ装置を例にとっ
て本方法の実施の形態について説明する。先ず図示しな
いロードロック室から図示しない受け渡し手段である搬
送アームにより、図3の実線で示す受け渡し位置にある
載置台2上に被処理体であるウエハWを受け渡す。この
受け渡しは、リフトピン5を載置台2上から突出させ、
搬送アームからリフトピン5にウエハWを受け渡すこと
によって行われる。このときスイッチ37をオンにして
静電チャック3の電極32、33間に吸着用電圧例えば
1500Vの直流電圧を印加し、これによりウエハWは
静電チャック3上に静電吸着される。
【0021】その後載置台2を図3の鎖線で示すプロセ
ス位置まで例えば150mm上昇させる。そして冷媒流
路22の冷媒及び図示しないヒータの組み合わせにより
ウエハWを所定の温度例えば150℃に加熱すると共
に、ノズル74から例えばArガス及びO2 ガスを、ま
たノズル77から例えばSiH4 ガスを夫々真空チャン
バ7内に導入し、反応室76内に流れ込んだプラズマイ
オンによりSiH4 を活性化させてウエハW上にSiO
2 膜を生成する。
【0022】プラズマ処理が終了した後、スイッチ37
をオフにして吸着用電圧の印加を解除する。続いてリフ
トピン5を上限位置にセットしておき、モータ41を制
御して載置台2を図3の鎖線のプロセス位置から、リフ
トピン5が微小突出量例えば0.25mmだけ突出する
位置まで降下させる。図4(a)、(b)はこの様子を
説明する図である。リフトピン5が微小突出量だけ突出
するつまりウエハWを相対的に突き上げると、残留電荷
による静電吸着力(残留吸着力)が弱いときにはウエハ
Wは全面が静電チャック3の載置面から離脱するが、残
留吸着力が大きいときには図4(b)に示すようにウエ
ハWは静電チャック3の載置面に吸着されたままであ
り、リフトピン5で突き上げられた(相対的に突き上げ
られた)部位のみが載置面から強制的に引き剥されて湾
曲する。
【0023】ここで本実施の形態では、ウエハWの全面
が離脱したときと図(4)bに示すように残留吸着した
ままのときとでは、静電チャック3の表面部の温度に差
異があり、このため温度検出部6で検出される温度デー
タに差異があることに着目している。図5はプロセス中
及びプロセス後の温度検出部6の温度データであって、
時刻t1にリフトピン5を微小突出量だけ突き上げるこ
とによりウエハWが離脱し、時刻t2にウエハWを再び
静電チャック3上に置いたときの温度データである。
【0024】ウエハWはこの例ではプロセスが行われる
ことによって静電チャック3よりも温度が高い状態にあ
り、プロセス終了後しばらくはウエハWの温度は静電チ
ャック3の温度よりも高い。このため時刻t1でウエハ
Wが離脱すると、静電チャック3の表面部の温度は静電
チャック3の本来の温度まで降下し、温度検出部6の検
出端は、ウエハWが離れるため静電チャック3の表面部
の温度と同じになり、温度検出値が降下する。この温度
降下パターンは例えばウエハWを10秒ぐらい離脱させ
たままにしておくと捉えることができ、温度検出値は例
えば30℃程度降下する。
【0025】一方図6は、時刻t1にリフトピン5を突
き上げてもウエハWが静電チャック3から離脱しないと
きの温度データであり、温度検出部6はウエハWの温度
を検出しているので、ウエハWが離脱する場合のような
温度検出値の降下はない。従ってこれらの温度データの
差に基づいて両者を区別するための判断基準値を設定
し、この基準値をメモリ63内に格納しておいて、リフ
トピン5を突き上げた後例えば10秒間温度検出値と基
準値とを判断部64で比較し、温度検出値が基準値より
も下がればウエハWが離脱していると判断し、温度検出
値が基準値よりも下がらなければ離脱していないと判断
することができる。この判断基準値については、例えば
プロセス時のウエハWの温度が260℃のとき、例えば
255℃として設定することができる。
【0026】リフトピン5を突き上げるときの微小突出
量は、ウエハWが局所的に突き上げられて湾曲しても破
壊しない程度、つまり弾性破壊限界を越えない程度の量
であり、例えば8インチサイズのウエハであれば1mm
以下とすることができる。
【0027】このようにしてウエハWの離脱の判断を行
う具体的手法の一例を図7に基づいて説明すると、プロ
セス終了後(ステップS1)、リフトピン5を載置台2
から(静電チャック3の表面から)0.25mmだけ相
対的に突き上げ(ステップS2)、ウエハWが離脱して
いるか否か判断する(ステップS3)。ウエハWが離脱
していれば図4(c)に示すように載置台2を降下させ
てリフトピン5を例えば載置台2から12mm突出させ
てウエハWを受け渡し位置まで突き上げる(ステップS
4)。次いで受け渡し手段である搬送アーム50がリフ
トピン5の間に進入し、ウエハWを下から掬い上げて受
け取り、図示しないロードロック室に搬出する。
【0028】一方ウエハWが離脱していないと判断され
た場合には、更に載置台2を降下させてリフトピン5を
0.5mm相対的に突出させて(ステップS6)、ウエ
ハWが離脱しているか否か判断し(ステップS7)、こ
のようにウエハWが離脱しないときには載置台2を0.
25mmずつ降下させてリフトピン5を1mmまで段階
的に突出させ(ステップS8〜S11)、これでも離脱
しないときには離脱不能と判断する。その後は例えば残
留電荷が弱くなってウエハWが離脱できるようになるま
で待機する。
【0029】このように本実施の形態では、静電チャッ
ク3の吸着電圧の印加を解除した後リフトピン5を一気
にウエハWの受け渡し位置に応じた突出量だけ突き上げ
るのではなく、ウエハWが残留吸着しているとしても破
壊されない程度の力を、リフトピン5を微小突出量だけ
突出させてウエハWに加えることにより、予め残留吸着
の強弱を知るようにしているため、ウエハWの破壊を未
然に防ぐことができる。従ってウエハWが破壊して真空
チャンバ7内に飛散した場合に行っていた面倒な作業を
回避することができ、トータル的なスループットの向上
を図ることができる。
【0030】またリフトピン5を微小突出量だけ突き上
げるにあたって、例えば0.25mmずつ段階的に突き
上げていき、また突き上げた後温度データの取得のため
に例えば10秒程度そのままにしているので、残留吸着
が強くても、その間に徐々に残留吸着が弱まっていくこ
とがあり、スムーズにウエハWを離脱させることができ
る。なお段階的なリフトピン5の突出量は0.25mm
に限られるものではないし、段階的にリフトピン5を突
出させる代りに例えばはじめから1mm突出させるよう
にしてもよい。
【0031】更にリフトピン5を微小量突出させ、ウエ
ハWが離脱していないと判断されたときに、例えば載置
台2を上昇させてリフトピン5を一旦載置台2の中に埋
設させ、再びリフトピン5を微小量突出させてその位置
で停止させ、このような操作を複数回繰り返し、こうし
てリフトピン5によりウエハWを何度も突き上げること
にウエハWの残留吸着を弱めるようにしてもよい。この
場合図7のフローチャートでいえばステップS3、S
7、S9、S11にて複数回の突き上げが行われる。
【0032】以上においてリフトピン5でウエハWを微
小突出量突き上げたときにウエハWが静電チャック3に
残留吸着しているか否かの判断は、図8に示すような手
法でもよい。リフトピン5を突き上げたときにリフトピ
ン5の近傍のウエハWの表面状態が離脱しているか否か
によって異なるので、図8(a)に示すようにウエハW
に対して斜めから入射した光L0が離脱していなければ
L1のように反射し、離脱していればL2のように反射
し、従って受光部の位置を設定することによって例えば
L2の反射光だけ受光できるように設定することによっ
て離脱しているか否かを判断することができる。
【0033】また図8(b)に示すようにウエハWの周
縁部に光を当てればウエハWが離脱しているか否かで反
射光量が変わるため、その受光量を検出することにより
ウエハWの離脱を判断することができる。
【0034】また本発明では、リフトピンを用いずに例
えばウエハの周縁部をクランプするクランプ手段により
ウエハの受け渡しを行うものにも適用することができ、
この場合例えばクランプ手段により載置台上のウエハに
対して、ウエハが破壊されない程度の力を静電チャック
から離れる方向に力を加え、既述の手法でウエハが離脱
しているか否かを判断するようにしてもよい。更にまた
載置台2は横向きであっても下向きであってもよい。本
発明が適用される装置はECRプラズマ装置に限らずプ
ラズマCVD装置、プラズマエッチング装置あるいはド
ライエッチング装置などであってもよい。
【0035】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ウエハな
どの被処理体を静電チャックから離脱させて搬送工程に
移る前に被処理体に対する残留吸着の強弱を把握してい
るため、被処理体の破損事故を未然に防止することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に用いられる載置台を示す
断面図である。
【図2】リフトピンを示す平面図である。
【図3】本発明の実施の形態に係るECRプラズマ装置
を示す断面図である。
【図4】載置台上のウエハを搬送アームに受け渡すまで
の動作を示す説明図である。
【図5】ウエハWを微小量だけリフトピンにより突き上
げたときにウエハが離脱した場合の温度データを示す特
性図である。
【図6】ウエハWを微小量だけリフトピンにより突き上
げたときにウエハが離脱しなかった場合の温度データを
示す特性図である。
【図7】本発明の実施の形態における作用を示すフロー
チャートである。
【図8】ウエハの載置状態に基づいてウエハが離脱して
いるか否かを判断する工程の他の例を示す説明図であ
る。
【図9】従来の静電チャックを示す断面図である。
【符号の説明】
2 載置台 3 静電チャック W 半導体ウエハ 32、33 電極 4 支持部材 40 制御部 41 モータ 45 ネジ軸 5 リフトピン 51 リフト台 52 エアシリンダ 62 光信号処理部 63 メモリ 64 判断部 7 真空チャンバ 71 プラズマ室 76 反応室

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 静電チャック上に被処理体を静電吸着す
    る工程と、 次いで前記静電チャックの吸着用電圧の印加を解除する
    工程と、 その後被処理体が静電チャックに残留吸着しているとし
    ても被処理体が破壊されない程度の力を被処理体に対し
    て静電チャックから離れる方向に加え、このときの被処
    理体の載置状態に基づいて被処理体が静電チャックに残
    留吸着しているか離脱しているかを判断する判断工程
    と、 この判断工程で被処理体が離脱していると判断された
    後、被処理体を静電チャックから受け渡し手段に受け渡
    す工程と、を含むことを特徴とする静電チャックの離脱
    方法。
  2. 【請求項2】 静電チャック上に被処理体を静電吸着す
    る工程と、 次いで前記静電チャックの吸着用電圧の印加を解除する
    工程と、 その後被処理体が静電チャックに残留吸着しているとし
    ても被処理体が破壊されない程度の微小突出量だけ突き
    上げ部材を被処理体の下面に対して相対的に突き上げる
    工程と、 微小突出量だけ突き上げられた被処理体の載置状態に基
    づいて被処理体が静電チャックに残留吸着しているか離
    脱しているかを判断する判断工程と、 この判断工程で被処理体が離脱していると判断された
    後、被処理体を突き上げ部材により受け渡し位置まで相
    対的に突き上げて、受け渡し手段に受け渡す工程と、を
    含むことを特徴とする静電チャックの離脱方法。
  3. 【請求項3】 前記判断工程は、静電チャックの表面部
    の温度を検出し、被処理体が残留吸着しているときの温
    度デ−タと離脱しているときの温度デ−タとを予め求め
    ておいて、これら温度デ−タと静電チャックの表面部の
    温度検出結果とに基づいて被処理体が静電チャックから
    離脱したか否かを判断する工程であることを特徴とする
    請求項1または2記載の静電チャックの離脱方法。
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